Arch. expcr. Path. u. Pharmakol., Bd. 225, S. 421---427 (1955).

Aus dem Pharmakologischen Institut der Universit~t Frankfurt ~. M. (Direktor: Prof. Dr. P. HOLTZ).

Versuche mit Acetyl-, Propionyl- und Butyrylcholin am isolierten Herzvorhofpr~parat*.

Von P. HOLTZ und E. WESTERMANN°

]Kit 5 Textabhfldungen.

(Eingegangen am 6. Dezember 1954.)

BANISTER U. Mi ta rb . wiesen vor ku rzem in de r Milz neben Ace ty l - cholin Propio~ylcholin nach. Un te r suchungen unseres I n s t i t u t e s (HoLTZ U. SeHffM~'~N) ffihrt~n zu dem Ergebnis , da6 in G e h i r n e x t r a k t e n neben Ace ty leho l in wahrsche in l ieh aueh Butyrylcholin v o r k o m m t . Von den be iden E s t e r n is t sei t RE~D HU~T bekann t , dal~ sie bei nu r schwacher muscarin~ihnlicher eine s t a rke nicotinartige W i r k s a m k e i t besi tzen.

Vor ku rzem be r i ch t e t en B f f ~ m ~ G u. BwtN, d a b die spon tan zum S t i l l s t and gekommene A u t o m a t i c des isol ier ten Vorhofp r~para t e s des Kaninchenherzens sich durch Ace ty lcho l in wieder erwecken lasse. D a uns die R e p r o d u k t i o n der von den englischen A u t o r e n e rha l t enen Ergebnisse in Versuchen a m Meerschweinchenvorhof nich t gelang, h a b e n wir die mi t Ace ty lcho l in nega t iv ver laufenen Versuche m i t dem yon j e t z t an eben- falls als , ,kSrpere igen" anzusehendem Prop iony l - und Bu ty ry l c ho l i n wiederhol t . W i r e rwar te ten , d a b die Wiede re rweckung eines zum Stil l- s t a n d gekommenen Vorhofp r~para t e s m i t e inem f iberwiegend nicotin- artig wirkenden Chol inester eher gel ingen wfirde, als m i t Ace ty lchol in , bei d e m die Muscar inwi rkung so s t a rk ausgepri~gt ist.

I m fo lgenden wird zun~chs t f iber Versuche am no rma l sch lagenden Vorhof, sodann an spon t an zum S t i l l s t and gekomme ne n P r ~ p a r a t e n be- r ichter .

Methodik. I)ie Versuche wurden am isolierten Vorhof yon Kaninchen-, Meerschweinchen-

und Rattenherzen durchgefiihrt. Nach Entfernung des Herzbeutels wird die Vena cava inf. herznah und die Vena cava sup. herzfern mit einem Faden angeschlungen, das Herz herauspr~pariert und in zimmerwarme 02-ges~ttigtc TyrodelSsung folgen- der Zusammensetzung gebracht: I~aCl 8,0; KC10,2; CaC120,2; NaHC031,0; NaH2PO 4 0,05; Glucose 3,0; Aqua dest. ad 1000,0. AnschlieBcnd wird die Herzspitze abgeschnitten, so dab das Pr~parat mit Tyrodc durchgespiilt werden kann. Nach einigen Minuten sistieren die Vorhofkontraktionen. Jetzt wird der Kammerkom- plex mSglichst nahe der Vorhofkammergrenze abgetrennt und dcr Vorhof yon dem

* Herrn Prof. Dr. PAUL WELS zum 65. ~burts~6ag am 2. Februar 1955 in Ver- ehrung und Dankbarkeit.

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anhaftenden Mediastinalgewebe befreit. Das Pr~parat besteht dann nur noch aus Vorhofmuskulatur und Herzohren. Es wird nach Durchschneidung des an der Vena cava sup. befindlichen Ziigels mit d e m u m die Vena cava inf. geschlungenen Faden am Boden 'des Versuchsgef~Bes fixiert und ein Herzohr mit einer Serre fine am Schreibhebel (Belastung etwa 1 g, Hebelfibersetzung etwa 10fach) befestigt. Die

400 ~ Peh 400 y Bch Abb. 1. Die Wirkung hoher Propionyl- und Butyrylcholindosen am isolierten Meerschweinchenvorho/. Oben: Mechanogramm. - - Unten: ]~requenz/Minut~e in Zeitordinatenschreibung. 20 cm a Tyrode,

29 ° C. Pch = Propionylcholin, Bch = But, yrylcholin, ~ Badwechsel.

Badfliissigkeit (20 cma), deren Temperatur auf 29°C gehalten wird, mul~ durch eine Fri t te reichlich mit Sauerstoff durchperlt werden.

N~ch kurzer Zeit beginnen die VorhSfe wieder zu schlagen. Die Frequenz liegt unter diesen Versuchsbedingungen ftir den Kaninchenvorhof meistens be i 70 bis 100/rain, ftir den Meerschweinchenvorhof bei 120--150/min, ftir den Rat tenvorhof zwischen 150--180/min. Die mit der Stoppuhr gemessene Frequenz wurde in einem Teil der Versuche mit einem Ordinatenschreiber fortlaufend registriert.

Versuche. 1. Versuche a m normalsch lagenden Vorho/pri~parat .

S c h o n k le ine A c e t y l c h o l i n m e n g e n ( 0 , 1 - - 1 , 0 ~) h a b e n ~m M e e r s c h w e i n -

c h e n v o r h o f e i n e n d e u t l i c h n e g a t i v i n o t r o p e n E f f ek t . I n d e r M e h r z a h l d e r

V e r s u c h e b l i eb d ie F r e q u e n z u n b e e i n f l u ~ t . - - A u c h m i t P r o p i o n y l c h o l i n

Versuche mit Acetyl-, Propionyl- und Butyrylcholin. 423

lassen sich - - bei Dosierungen yon 30--80 ? - - rein negativ inotrope Effekte erzielen. Bei etwas h6heren Dosierungen jedoch (100--2007) kommt es zu einer biphasischenWirkung, indem sich an eine nur schwache negativ inotrope eine stgrkere positiv inotro- pe Wirkung ansehlieBt (Abb. 2). Bei noch h6heren Dosen schlieB- lieh t r i t t die positiv A inotrope Wirkung zu- riick und kann ganz fehlen, so dab wieder eine rein negativ ino- trope Wirkung resultiert ............................................................................................................................ (Abb. 1). Die Erkl~rung far dieses Verh~lten diirfte darin liegen, dab die nicotinartige positiv ~ inotrope Wirkung schon im Bereich der mittleren Dosen (100--200 ~) ihr_ . Maximum erreicht, wgh: rend die muscarinartige negativ inotrope Wir- kung durch h5here Do- sierung (200-400 ?) noch steigerungsfghig ist.

Das gilt nicht fiir die e chronotrope Wirkung. Diese ist offenbar leich- ter durch die nicotin- artige Wirkungskompo- nentedesPropionylcho- : ~ ' ~ . ~:~:~:~-'~: ~ lins positiv als durch :: ~:~ ~ : ~ i p e muscarinartige Wirkung negativ zu Abb. 2. Beein]lussung der Acetyl-, Propionyl- und Butyryl- beeinflussen. Deshalb cholinwirkung dutch Pendiomid bzw. Atro~pin am isolierten

MeerschweinchenvorhoL Die Zah len unter dem Mechanogramm nimmt im gegensatz z u r geben die Frequenz/Minute an. Versuchsbedingungen und Be-

inotropen die chrono- zeichnungen wie in Abb. 1. Ach = Acetylcholin.

trope Wirkung mit steigernder Dosierung zu, so dab es im Bereich der hohen Dosen zu einer ,,Dissoziation" yon Inotropie und Chronotropie kommt : ein rein negativ inotroper geht mit einem positiv chronotropen Effekt einher (Abb. l).

424 P. HOLTZ und E. WESTERMANN:

Beim Butyrylcholin iiberwiegt die nicotinartige Komponente die muscarinartige so sehr, dab rein negativ inotrope Wirkungen fiberhaupt nieht auftreten (Abb. 2 a). Erst bei sehr hohen Dosen (400--800 7), welehe die schon maximale positiv inotrope Wirkung nicht noch weiter zu stei- gern vermSgen, kommt die zwar nur schwach ausgepr~gte, aber doch vorhandene musearinartige Hemmungswirkung darin zum Ausdruck, dab die nieotinartige FSrderwirkung eine Absehwi~chung erf~hrt: 400y Butyrylcholin (Abb. 1) sind sehw~cher wirksam als 200 7 (Abb. 2a). Die untersehiedliche Auspr~gung der beiden Wirkungskomponenten der

nach 16 S td nach 18 S td nach 20 S td

1 ~, Ach 1 7 Ach 1 ~, Ach

B

4 y P ros t i gmln

G

8 ~, Ach 1. m g Pch $ m g Bch

Abb. 3. Isol~rter Rattenvorhof. Dia Wirkun¢ dot ChoZlnester und des Prostigmins aut den hypodynamen und spontan zum Stillstand gekommenen Rattenvorho]. Versuchsbedingungen

und Beze ichnungen wie in Abb. 1.

Cholinester l~Bt sich auch am Vorhofpr~parat dureh Vorbehandlung mit Atropin bzw. Ganglienblockern (Pendiomid, Hexamethonium) besonders deutlieh machen (Abb. 2b und e). - - Pcndiomid, das die Nicotinwirkung aufzuheben vermag, l~iBt erwartungsgem~B die Acetyleholinwirkung un- beeinflu~t, hebt dagegen die positiv inotrope und chronotrope Wirkung der beiden anderen Cholinester vollst~ndig auf. Naeh Atropinisierung wird umgekehrt die muscarinartige ttemmungswirkung des Aeetyl- cholins, die bei der hohen Dosierung zum Herzstillstand fiihrte, nieht nur vollst~ndig aufgehoben, sondern in eine rein positiv inotrope und ehronotrope Wirkung umgekehrt, die aber deutlich sehw~cher ist als diejenige des Propionyl- und Butyrylcholins.

2. Versuche am stillstehenden Vorho/prgparat.

Nach 24--48stiindigem Schlagen kommen die Vorhofpr~parate spon- tan zum Stillstand. In zahlreiehen Versuchen an so zum Stillstand ge- kommenen MeerschweinchenvorhSfen gelang es uns nie, den von Bi~LBRI~G U. BURN ffir den Kaninchenvorhof beschriebenen Effekt des Acetylcholins

Versuche mit Acetyl-, Propionyl- und Butyrylcholin. 425

zu erhalten, n~mlich die erloschene Automatie wiederzuerwecken. Ent- gegen unserer Erwartung ge]ang das auch nicht mit Propionyl- und Butyrylcholin. Zu positiven Ergebnissen kamen wir jedoch in Versuchen mit Vorhofpr~paraten der Ratte.

Die Abb. 3 a zeigt einen Versuch am isolierten Rattenvorhof, der nach 16stiindigem Schlagen stark hypodynam geworden ist. 1 y Acetylcholin hat nur noch eine schwache inhibitorische Wirkung. Nach weiteron 2 Std wirkt die gleiche Acetylcholindosis nicht mehr negativ, sondern positiv

A nach 3 Std

2 ~, Ach 2 ~ Atropln

B nach 25 Std

2 ~, Ach 2 ~ Atropin

2 ~, Ach 200 ~, Pendiomid

Abb. 4. Iso~ierter RaUenvorhot. Die Wirkung yon Aeetylcholin, Atrop~n und Pendiomid au! den normalen (A) und spontan zum Stillstand gekommenen Rattenvorhol (B) . Versuchsbedingungen und

Bezeichnungen wie in Abb. 1.

inotrop. Ist das Vorhofpriiparat dann schliefllich nach 20 Std zum Still- stand gekommen, so l~flt es sich jetzt durch 1 ~ Acetylcholin wieder zum Schlagen bringen. Der gleiche Effekt ist mit Eserin oder Prostigmin, also durch Hemmung der Cholinesterase zu erzielen (Abb. 3 b).

Versuche mit Propionyl- und Butyrylcholin sollten AufschluB dariiber geben, ob die ,,Weckwirkung" des Acetylcholins seiner muscarin- oder seiner nicotinartigen Wirksamkeit zukommt. Es zeigte sich, dal~ yon diesen beiden Estern mit weir schw£cherer Muscarinwirkung viel h6here Dosen als yon Acetylcholin erforderlich sind (Abb. 3 c). In diesem Versuch benStigten wir, um das Pr£parat wieder zum Schlagen zu bringen, 8 Acetylcholin, hingegen 1 mg Propionyl- und 2 mg Butyrylcholin. Nicotin vermochte trotz seiner stark positiv inotropen und chronotropen Wirkung am normalschlagenden Vorhof den zum Stillstand gekommenen nicht wieder zu erwecken.

426 P . H O L T Z u n d E . WESTERI~IANN :

Versuche mit Pendiomid und Atropin sprechen sodann auch dafiir, da~ es die muscarin- und nicht die nicotinartige Wirkung ist, die den stillstehenden Vorhof wieder zum Schlagen bringt.

Aus Abb. 4 ist zu ersehen, da ] Atropin am normal schlagenden Pr~- para t die negativ inotrope Acetylcholinwirkung durchbricht und den ge- hemmten Vorhof wieder zu kr~ftigem Schlagen bringt. Am stillstehenden Vorhof verh~lt es sich gerade umgekehrt : die dutch Acetylcholin wieder- erweckte Automatie wird durch Atropin gel~hmt und zum Erl6schen gebracht. Demgegenfiber l~l~t Pendiomid die durch Acetylcholin wieder- erweckte Automatie unbeeinflui]t.

Da es demnach nur die Muscarinwirkung der Cholinester zu sein scheint, die den zum Stillstand gekommenen Vorhof wiedererweckt, lag es nahe, auch andere, k6rperfremde Stoffe von muscarin~hnlicher Wirk- samkeit zu versuchen. Der in Abb. 5 dargestellte Versuch zeigt, da3 nicht

nach 27 Std

5 ~, Ach 4 y Doryl 4 y Arecolin

Abb. 5. Isolierter Rattenvorho]. Der soontan zum Stillstand gekommene Rattenvorho/ wird dutch gleiche Dosen A cetylcholin, Carbaminoylcholin (Doryl) und Arecolin wieder zum Schlagen gebracht. Versuchs-

bed ingungen und Beze ichnungen wie in Abb. 1.

nur das k6rpereigene Acetylcholin, sondern auch Doryl - - der Carbamin- sgureester - - und das sicher k6rperfremde Arecolin in der gleichen Dosierung wie Acetylcholin den stillstehenden Vorhof wieder zum Schlagen bringen.

Bemerkung zu den Versuchsergebnissen. Bt)LBRING U. BURN sind geneigt, der paradoxen Wirkung des Acetyl-

cholins am stillstehenden Vorhof einen biochemischen Wirkungsmecha- nismus zugrunde zu legen. Sie konnten zeigen, dab die im stillstehenden Vorhof nur noch geringe oder erloschene Acetylcholinsynthese durch kleine Acetylcholindosen wieder angefacht wird, und nehmen an, dab kausale Beziehungen zwischen , ,Automatie" und Acetylcholinsynthese bestehen. Wenn diese I)eutung zutrifft, dann w~re zu erwarten, dab auch Doryl und Arecolin die verminderte Synthesef~higkeit des zum Stillstand gekommenen Vorhofs anzuregen vermSgen.

Zusammenfassung. Versuehe am isolierten Herzvorhof hat ten folgende Ergebnisse : 1. Am normal schlagenden Pr~parat des Meerschweinchens wirkt

Acetylcholin rein negativ inotrop. Demgegeniiber verursachen Propionyl- und Butyrylcholin auf Grund ihrer schwgcheren muscarinartigen und

Versuche mit Acetyl-, Propionyl- und Butyrylcholin. 427

st~rkeren nicotinartigen Wirkung auch positiv inotrope Effekte. Durch Vorbehandlung des Prgparates mit Atropin bzw. Ganglienblockern (Pendiomid, Hexamethonium) ist es mSglich, die beiden Wirkungs- komponenten gegeneinander abzugrenzen.

2. Spontan zum Stillstand gekommene Prgparate des R a t t e n h e r z e n s - -

nicht aber des Meerschweinchenherzens - - lieBen sich mit Acetylcholin wieder zum Schlagen bringen. Dieser Effekt kommt der m u s c a r i n a r t i g e n

Wirkungskomponente des Acetylcholins zu, da er a) durch Atropin auf- gehoben wird, b)Propionyl- und Butyrylcholin nur ihrer muscarin- artigen Wirksamkeit entsprechend, d. h. in 100--200lath hSherer Dosie- rung die gleiche Wirkung haben, c) auch andere muscarinartig wirkende Stoffe - - Doryl, Arecolin - - . i n gleicher Dosierung wie Acetylcholin den stillstehenden Vorhof wieder zum Schlagen bringen.

Literatur.

BANISTER, J. , V. P. WHITTAKER and S. WIJESUI~TDERA-" J. of Physiol. 121, 55 (1953). - - Bt3LBRING, E., and J. H. BURN : J. of Physiol. 108, 508 (1949). --HoLTZ, P., u. H. J. SC~IOMAI~I~: Naturwissenschaften 41, 306 (1954). - - HUNT, R., and R.R. RENSHAW: J. Pharmacol. a. Exper. Ther. 51,237 (1934).

Prof. Dr. P. HOLTZ und Dr. E. WESTERMANN, Frankfurt/Main, Pharmakolog. Institut d. Univ.